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去二十年的大量研究已經(jīng)證實(shí)，細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的彈性或剛度會影響基本的細(xì)胞進(jìn)程，包括擴(kuò)散、生長、增殖、遷移、分化和類器官形成。線彈性聚丙烯酰胺水凝膠和涂有ECM蛋白的聚二甲基硅氧烷（PDMS）彈性體被廣泛用于評估剛度的作用，此類實(shí)驗(yàn)的結(jié)果通常被認(rèn)為是重現(xiàn)了細(xì)胞在體內(nèi)所經(jīng)歷的力學(xué)環(huán)境的影響。但組織和ECM并不是線彈性材料，它們表現(xiàn)出更復(fù)雜的力學(xué)行為，包括粘彈性（對載荷或變形隨時間變化的響應(yīng)）、機(jī)械塑性和非線性彈性。在此，研究者回顧了組織和ECM的復(fù)雜力學(xué)行為，討論了ECM粘彈性對細(xì)胞的影響，并描述了粘彈性生物材料在再生醫(yī)學(xué)中的潛在應(yīng)用。最近的研究表明，基質(zhì)的粘彈性調(diào)節(jié)了相同的基本細(xì)胞進(jìn)程，并能促進(jìn)在二維和三維培養(yǎng)微環(huán)境中用彈性水凝膠所沒能觀察到的行為。這些發(fā)現(xiàn)為了解細(xì)胞-基質(zhì)相互作用以及這些相互作用如何不同地調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)力學(xué)敏感的分子路徑提供了見解。這些結(jié)果為下一代生物材料的設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)，可用于匹配組織、ECM力學(xué)性能的體外組織模型和再生醫(yī)學(xué)的應(yīng)用。
Piuma是功能強(qiáng)大的臺式儀器，可探索水凝膠、生理組織和生物工程材料的微觀機(jī)械特性。表征尺度從宏觀直至細(xì)胞。專為分析測試軟材料而設(shè)計(jì)，測量復(fù)雜和不規(guī)則材料在生理?xiàng)l件下的力學(xué)性能。杭州軒轅科技有限公司
● 內(nèi)置攝像鏡頭，方便實(shí)時觀察樣品臺
● 實(shí)時分析計(jì)算測量結(jié)果，原始數(shù)據(jù)并將以文本文件存儲，方便任何時候?qū)隓ataviewer軟件進(jìn)行復(fù)雜處理
● 探針經(jīng)過預(yù)先校準(zhǔn)，即插即用。對于時間敏感的樣品確保了快速測量
● 光纖干涉MEMS技術(shù)能夠以無損的方式測量即使是最軟的材料，并保證分辨率。同時探針可以重復(fù)使用Piuma-PDMS膠體軟硬度模量納米壓痕Piuma-PDMS膠體軟硬度模量納米壓痕
| 模量測試范圍 | 5 Pa - 1 GPa |
| 探頭懸臂剛度 | 0.025 - 200 N/m |
| 探頭尺寸(半徑) | 3 - 250 μm |
| 最大壓痕深度 | 100 μm |
| 傳感器最大容量 | 200 |
| 測試環(huán)境 | air, liquid (buffer/medium) |
| 粗調(diào)行程 | X*Y：12×12 mm Z：12 mm |
加載模式 | Displacement / Load* / Indentation* |
| 測試類型 | 準(zhǔn)靜態(tài)(單點(diǎn)，矩陣) 蠕變，應(yīng)力松弛 DMA動態(tài)掃描 (E', E'', tanδ) |
| 動態(tài)掃描頻率* | 0.1 - 10 Hz |
| 內(nèi)置擬合模型 | Young's Modulus (Hertz / Oliver-Pharr / JKR) |
| *為可選升級配置 | |
新型光纖干涉式懸臂梁探頭，利用干涉儀來監(jiān)測懸臂梁形變。
創(chuàng)新型光纖探頭，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)納米壓痕儀無法測試軟物質(zhì)的問題，也解決了AFM在力學(xué)測試中的波動大，操作困難、制樣嚴(yán)苛等常見缺陷。
● 背景噪音低：激光干涉儀抗干擾強(qiáng)于AFM反射光路
● 制樣更簡單：對樣品的粗糙度寬容度高于AFM
● 剛度選擇更準(zhǔn)確：平行懸臂梁結(jié)構(gòu)有利于準(zhǔn)確判別壓痕深度與壓電陶瓷位移比例關(guān)系，便于選擇合適剛度探頭來保證彈性形變關(guān)系的穩(wěn)定性，進(jìn)而獲得重復(fù)率更高、準(zhǔn)確性更好的數(shù)據(jù)
● 借助功能強(qiáng)大而易于操作的軟件，用戶可以自由控制壓痕程序（載荷、位移等）。自動處理曲線的流程，可以獲得數(shù)據(jù)和結(jié)果的快速分析
● 原始參數(shù)完整txt導(dǎo)出，便于后續(xù)復(fù)雜處理的需要
● 利用Hertz接觸模型從加載部分計(jì)算彈性模量，與常用的Oliver&Pharr方法相比，更為適合生物組織和軟物質(zhì)材料特性
| 年 份 | 期 刊 | 題 目 |
|---|---|---|
| 2022 | Advanced Functional Materials | Engineering Vascular Self-Assembly by Controlled 3D-Printed Cell Placement |
| 2022 | Biomaterials | Hydrogels derived from decellularized liver tissue support the growth and differentiation of cholangiocyte organoids |
| 2021 | Biofabrication | 3D bioprinting of tissue units with mesenchymal stem cells, retaining their proliferative and differentiating potential, in polyphosphate-containing bio-ink |
| 2021 | nature communications | Janus 3D printed dynamic scaffolds for nanovibration-driven bone regeneration |
| 2020 | Environmental Science & Technology | Effect of Nonphosphorus Corrosion Inhibitors on Biofilm Pore Structure and Mechanical Properties |
| 2020 | Acta Biomaterialia | A multilayer micromechanical elastic modulus measuring method in ex vivo human aneurysmal abdominal aortas |
